前言

第1 篇　自动控制原理

第1 章　自动控制系统概述 2

1. 1　引言 2

1. 2　开环控制和闭环控制 3

1. 2. 1　开环控制系统 3

1. 2. 2　闭环控制系统 4

1. 3　自动控制系统的组成 6

1. 4　自动控制系统的分类 10

1. 4. 1　按输入量变化的规律分类 10

1. 4. 2　按系统传输信号对时间的关系

分类 10

1. 4. 3　按系统的输出量和输入量间的

关系分类 11

1. 4. 4　按系统中的参数对时间的变化

情况分类 11

1. 5　自动控制系统的性能指标 11

1. 5. 1　系统的稳定性 11

1. 5. 2　系统的稳态性能指标 12

1. 5. 3　系统的动态性能指标 12

1. 6　研究自动控制系统的方法 14

小结 14

思考题 15

习题 15

第2 章　拉普拉斯变换及其应用 18

2. 1　拉氏变换的概念 18

2. 2　拉氏变换的运算定理 21

2. 3　拉氏反变换 22

2. 4　应用拉氏变换求解微分方程 23

小结 24

习题 24

第3 章　自动控制系统的数学模型 25

第4 章　分析自动控制系统性能常用的方法 54

第5 章　自动控制系统的性能分析 89

第6 章　自动控制系统的校正(改善系统性能的途径) 126

第2 篇　自动控制系统

第7 章　直流调速系统 153

第8 章　交流调速系统197

第9 章　位置随动系统227

第10 章　自动控制系统的分析、

调试及维护维修251

附录 266

附录A　常用文字符号 266

附录B　自动控制技术术语的中、英名词

对照 269

参考文献 278 2100433B

本书是在2007年出版的普通高等教育国家精品教材、普通高等教育“十一五”规划教材《自动控制原理与系统》（第3版）的基础上进行更新和修订的。全书分为两篇，第1篇为自动控制原理，它包括系统数学模型的建立、分析系统性能的常用方法、系统性能分析和改善系统性能的途径，以及MATLAB在系统分析中的应用。第2篇为自动控制系统，它包括直流调速系统、交流调速系统、位置随动系统和MATLAB/SIMULINK系统仿真，以及实际系统的分析与调试。本书第4版修订时，保持原书获得好评的特色，以自动控制原理作为分析工具，自动控制系统作为分析对象，围绕系统性能分析和改善系统性能途径，贯穿系统结构、关键部件、系统参数确定、仿真与调试，理论联系实际。本书修订中，对直流脉宽调速系统和交流变频调速系统进行了较大幅度的更新，使其更加符合科技发展与工程实际。本书可作为普通本科、应用型本科、高职高专自动化类专业、电气类专业、机电一体化专业教材。本书可作为一门课程开设，也可分作为《自动控制原理》和《自动控制系统》两门课程开设。书中各种控制系统的实例及仿真分析可用于对学生相关实践环节的指导。本书也可供从事电气自动化的工程技术人员参考。本书先后获得第二届全国高校机电类教材一等奖、机械工业部科技进步三等奖、普通高等教育“十一五”规划教材、2007年度普通高等教育国家精品教材。

本书是在保持《电气自动控制原理与系统 第2版》特色的基础上进行更新和修订的。全书包括自动控制原理部分与自动控制系统部分。自动控制原理部分以工程预期模型和性能指标、频率分析法分析、典型系统动静态性能、工程校正方法为主线组织教材结构和内容，直接使用开环频率指标，应用预期开环频率特性校正自动控制系统。自动控制系统部分始终贯穿系统结构、关键部件、性能指标、系统参数确定与调试、实例和仿真分析主线，强化交流调速系统的应用。 本书第 一章～第五章为经典的线性自动控制原理，第六章、第七章为直流相控调速系统和直流脉宽调速系统，第八章～第十章为异步电动机交流调速系统，第十一章为位置随动控制系统。 本书充分体现“以能力培养为本，以应用为核心”的原则，做到理论联系实际，图文并茂、应用性强。 本书内容可作为一门课程开设，也可分开作为“自动控制原理”和“自动控制系统”两门课程开设，自动控制系统部分的内容相对独立，便于不同专业选用。书中各种控制系统的实例及仿真分析可用于对学生相关实践环节的指导。

本书可作为应用型本科、高职高专、自学考试和成人高等教育的自动化类专业、电气类专业、机电一体化专业教材，也可供从事电气自动化的工程技术人员参考。

第1章 绪论

1.1 开环控制和闭环控制

1.1.1 开环控制

1.1.2 闭环控制(反馈控制)

1.2 自动控制系统的组成及术语

1.3 自动控制系统的类型

1.3.1 按信号流向划分

1.3.2 按系统输入信号划分

1.3.3 线性系统和非线性系统

1.3.4 定常系统和时变系统

1.3.5 连续系统和离散系统

1.3.6 单输入单输出系统与多输入多输出系统

1.4 自动控制系统性能的基本要求

1.5 自动控制课程的主要任务

1.5.1 阶跃函数

1.5.2 斜坡函数(等速度函数)

1.5.3 抛物线函数(等加速度函数)

1.5.4 脉冲函数

1.5.5 正弦函数

1.6 自动控制系统实例

1.6.1 造纸机分部传动控制系统

1.6.2 谷物湿度控制系统

1.6.3 烘烤炉温度控制系统

本章小结

本章典型题、考研题详解及习题

第2章 线性系统的数学模型

2.1 线性系统的微分方程

2.2 微分方程的线性化

2.3 传递函数

2.3.1 传递函数的概念

2.3.2 传递函数的特点

2.3.3 典型环节的传递函数

2.4 方框图

2.4.1 方框图概述

2.4.2 系统方框图的构成

2.4.3 环节间的连接

2.4.4 方框图的变换和简化

2.5 信号流图

2.5.1 信号流图的定义

2.5.2 系统的信号流图

2.5.3 信号流图的定义和术语

2.5.4 信号流图的性质及简化

2.5.5 信号流图的增益公式

2.6 MATLAB/Simulink中数学模型的表示

2.6.1 传递函数

2.6.2 传递函数的特征根及零、极点图

2.6.3 控制系统的方框图模型

2.6.4 控制系统的零、极点模型

2.6.5 状态空间表达式

本章小结

本章典型题、考研题详解及习题

第3章 控制系统的时域分析

3.1 线性定常系统的时域响应

3.2 控制系统时域响应的性能指标

3.2.1 稳态性能指标

3.2.2 动态性能指标

3.3 线性定常系统的稳定性

3.3.1 稳定性的概念

3.3.2 线性定常系统稳定的充分必要条件

3.3.3 劳斯判据(Routh判据)

3.3.4 赫尔维茨判据(Hurwitz判据)

3.3.5 系统参数对稳定性的影响

3.3.6 相对稳定性和稳定裕量

3.4 系统的稳态误差

3.4.1 误差及稳态误差的定义

3.4.2 稳态误差分析

3.4.3 稳态误差的计算

3.4.4 应用静态误差系数计算给定信号作用下的稳态误差

3.4.5 扰动信号作用下的稳态误差与系统结构的关系

3.4.6 改善系统稳态精度的途径

3.4.7 系统的动态误差系数

3.5 一阶系统的时域响应

3.5.1 数学模型

3.5.2 单位阶跃响应

3.5.3 性能指标

3.5.4 一阶系统的单位脉冲响应

3.6 二阶系统的时域响应

3.6.1 二阶系统的数学模型

3.6.2 二阶系统的单位阶跃响应

3.6.3 二阶系统的单位脉冲响应

3.7 高阶系统的瞬态响应

3.7.1 高阶系统的瞬态响应

3.7.2 高阶系统的降阶

3.7.3 零、极点对阶跃响应的影响

3.8 用MATLAB/Simulink进行瞬态响应分析

3.8.1 单位脉冲响应

3.8.2 单位阶跃响应

3.8.3 斜坡响应

3.8.4 任意函数作用下系统的响应

3.8.5 由系统传递函数求系统的响应

3.8.6 系统阶跃响应的性能指标

3.8.7 Simulink建模与仿真

本章小结

本章典型题、考研题详解及习题

第4章 根轨迹法

4.1 根轨迹的基本概念

4.1.1 根轨迹

4.1.2 根轨迹的基本条件

4.2 绘制根轨迹的基本规则

4.3 根轨迹绘制举例

4.4 广义根轨迹

4.4.1 参数根轨迹

4.4.2 多参数根轨迹簇

4.4.3 正反馈系统的根轨迹(零度根轨迹)

4.5 根轨迹分析系统的性能

4.5.1 根轨迹确定系统的闭环极点

4.5.2 根轨迹分析系统的动态特性

4.5.3 开环零点对根轨迹的影响

4.5.4 开环极点对根轨迹的影响

4.6 MATLAB绘制系统的根轨迹

本章小结

本章典型题、考研题详解及习题

第5章 控制系统的频域分析

5.1 频率特性

5.1.1 频率特性概述

5.1.2 频率特性的求取

5.1.3 频域性能指标

5.2 典型环节的频率特性

5.2.1 概述

5.2.2 典型环节的频率特性

5.3 系统的开环频率特性

5.3.1 系统的开环对数频率特性

5.3.2 系统开环极坐标图(奈氏图)

5.3.3 最小相位和非最小相位系统

5.4 奈奎斯特稳定判据

5.4.1 映射定理

5.4.2 Nyquist轨迹及其映射

5.4.3 Nyquist稳定判据一

5.4.4 Nyquist稳定判据二

5.4.5 Nyquist对数稳定判据

5.5 控制系统的相对稳定性

5.5.1 增益裕量

5.5.2 相角裕量

5.5.3 用幅相频率特性曲线分析系统稳定性

5.6 闭环系统的频率特性

5.6.1 等M圆(等幅值轨迹)

5.6.2 等N圆(等相角轨迹)

5.6.3 利用等M圆和等N圆求单位反馈系统的闭环频率特性

5.6.4 非单位反馈系统的闭环频率特性

5.7 用频率特性分析系统品质

5.7.1 闭环频域性能指标与时域性能指标的关系

5.7.2 开环频率特性与时域响应的关系

5.8 MATLAB频域特性分析

5.8.1 Bode图

5.8.2 Nyquist图

5.8.3 Nichols图

本章小结

本章典型题、考研题详解及习题

第6章 控制系统的设计与校正

6.1 概述

6.1.1 系统的性能指标

6.1.2 系统的校正

6.2 线性系统的基本控制规律

6.2.1 比例(P)控制作用

6.2.2 比例微分(PD)控制作用

6.2.3 积分(I)控制作用

6.2.4 比例积分微分(PID)控制作用

6.3 校正装置及其特性

6.3.1 无源超前校正装置

6.3.2 无源滞后校正装置

6.3.3 无源滞后超前校正装置

6.4 频率法进行串联校正

6.4.1 频率法的串联超前校正

6.4.2 频率法的串联滞后校正

6.4.3 频率法的串联滞后超前校正

6.4.4 按期望特性对系统进行串联校正

6.5 反馈校正

6.5.1 比例负反馈校正

6.5.2 微分负反馈校正

6.5.3 反馈校正的设计

6.6 复合校正

6.6.1 反馈控制与前馈校正的复合控制

6.6.2 反馈控制与扰动补偿校正的复合控制

6.7 基于MATLAB和Simulink的线性控制系统设计

6.7.1 相位超前校正

6.7.2 相位滞后校正

6.7.3 Simulink下的系统设计和校正

本章小结

本章典型题、考研题详解及习题

第7章 非线性系统分析

7.1 非线性系统概述

7.1.1 非线性系统的特点

7.1.2 非线性系统的分析和设计方法

7.2 典型非线性特性

7.3 相平面分析法

7.3.1 相平面的基本概念

7.3.2 线性系统的相轨迹

7.3.3 二阶非线性系统的线性化

7.3.4 相轨迹图的绘制

7.3.5 由相轨迹图求时间

7.3.6 非线性系统的相平面分析

7.4 描述函数法

7.4.1 描述函数的定义

7.4.2 典型非线性环节的描述函数

7.4.3 非线性系统的简化

7.4.4 描述函数分析法

7.5 基于Simulink的非线性系统分析

7.5.1 非线性系统的特点

7.5.2 非线性系统的响应

7.5.3 非线性系统的相轨迹

本章小结

本章典型题、考研题详解及习题

第8章 采样控制系统

8.1 概述

8.2 采样过程与采样定理

8.3 采样信号保持器

8.3.1 零阶保持器

8.3.2 一阶保持器

8.4 Z变换

8.4.1 Z变换定义

8.4.2 Z变换方法

8.4.3 Z变换性质

8.4.4 Z反变换

8.5 采样系统的数学模型

8.5.1 线性定常差分方程

8.5.2 差分方程求解

8.5.3 脉冲传递函数(Z传递函数)

8.6 采样系统的稳定性分析

8.6.1 采样系统的稳定条件

8.6.2 劳斯稳定判据

8.6.3 朱利稳定判据

8.6.4 采样周期与开环增益对稳定性的影响

8.7 采样系统的稳态误差

8.7.1 单位阶跃输入时的稳态误差

8.7.2 单位斜坡输入时的稳态误差

8.7.3 单位加速度输入时的稳态误差

8.8 采样系统的暂态响应与脉冲传递函数零、极点分布的关系

8.9 采样系统的校正

8.9.1 数字控制器的脉冲传递函数

8.9.2 最少拍系统的脉冲传递函数

8.9.3 求取数字控制器的脉冲传递函数

8.9.4 关于闭环脉冲传递函数Φ(z)或Φe(z)的讨论

8.10 MATLAB在采样系统中的应用

8.10.1 连续系统的离散化

8.10.2 求采样系统的响应

8.10.3 采样系统的最少拍设计

本章小结

本章典型题、考研题详解及习题

附录A 常用函数的拉普拉斯变换表

附录B 常用函数的Z变换表

参考文献2100433B

《“十二五”普通高等教育本科***规则规划教材：自动控制原理基础教程（第3版）》简明扼要地阐述了自动控制的基本理论与应用。全书共分九章：前八章着重介绍经典控制理论及应用的主要方面，*后一章介绍现代控制理论中的状态空间分析及综合法。